概述

面向建筑钢结构作业环境下的典型应用场景，针对性设计开发工业建筑建造钢结构梁柱焊接机器人及配套机构，焊接机器人应具有旋转机构、自动伸缩机构，需要能够适应不同厚度的钢梁，并保证焊接过程的连续性和稳定性，焊接质量等级达到I级。

需求详情

1.技术需求描述(1) 面向建筑钢结构作业环境下的典型应用场景，针对性设计开发工业建筑建造钢结构梁柱焊接机器人及配套机构，焊接机器人应具有旋转机构、自动伸缩机构，需要能够适应不同厚度的钢梁，并保证焊接过程的连续性和稳定性，焊接质量等级达到I级。(2) 焊接机器人应具焊缝视觉跟踪检测系统，能依据焊接工艺实现焊缝自动跟踪、焊缝质量检测、自动重焊等功能，能够满足不同厚度钢材的焊接质量要求。(3) 焊接机器人末端应能够自主寻找钢结构焊缝位置，并运动到钢结构建造过程中的任意焊点，焊接末端结构可以在短距离或者同型钢件上自由移动，并根据钢结构建筑中的钢件的特异性，可以自主更换局部部件来适应环境的变化。(4) 焊接机器人应具有交互和动态环境感知建模技术，并采用5G通信云平台交换技术，构建多机器人运行协作平台。多机器人协作系统具有相互感知、自主任务分配、协调一致等功能。(5) 焊接机器人应能够接入作业进度与数据资源实时同步的一体化“数字孪生”系统，建立机器人高效运行数据库，并辅助实现基于工程大数据的多源异构数据感知空间构建。2.行业代表性。建筑钢结构焊接机器人的研发，凸显中国十七冶集团作为中冶集团冶金建设国家队的主力军，在冶金工业建设中积累了独特的技术优势。紧扣新时期冶金建设的重要内涵，加快推进智能建造与传统建造的深度融合，进一步构建起面向生产全流程、管理全方位、产品全生命周期的新的绿色智慧建造集成技术体系，牢牢占据全球钢铁集成技术发展的制高点。建筑钢结构焊接机器人项目的开展，有利于十七冶按照数字化设计咨询、工厂化精益制造、模块化快捷施工、信息化协同管理和智能化解决方案的思路，建立有中冶特色的冶金工程高端智能建造体系。进一步创新智能建造模式、打通专业关节、提升建设品质，实现绿色建造、智能建造，提供高效、低碳、智能、绿色的冶金建设产品与工艺。3.需求合理性钢结构特种机器人及配套机器人能适应各种复杂施工环境，符合住建部《关于推动智能建造与建筑工业化协同发展的指导意见》和国家推动智能建造与建筑工业化协同发展的战略，随着人口红利的消退，智能特种机器人将得到广泛应用。 目前对于工业通用机器人技术已有一些产业化比较成熟的产品，而对于建筑行业来说，机器人的研发和产业化还远未引起足够的重视，与发达国家差距明显。国内建筑行业用于钢结构施工（比如焊接、喷涂、定位、校正等）的机器人还停留在实验研究层面，相关机器设备所完成的功能相对比较单一且只能满足在特定条件下的作业要求，尚处于产业化的萌芽阶段。为此，本项目立足于建筑行业施工现场钢结构焊接作业需求，具有作业量大、应用面广及降低安全隐患等特点，针对目前钢结构焊接机器人中存在图像识别准确率低、控制功能单一以及对典型钢结构环境适应差等问题，采用高准确度图形图像识别手段以及自适应鲁棒控制算法，研发可适用于目前钢结构处理的机器人关键技术，解决建筑钢结构焊接作业中的常见问题，具有广阔的应用前景。4.技术需求创新性(1) 机器人应具有壁面过渡能力，并通过对机器人机构和控制系统的设计设计提高其对高空操作平台的适应性和安全性。(2) 机器人应采用自动伸缩和旋转机构的钢梁焊接机器人能够实现不同厚度的横梁上下左右四条焊缝的焊接，并通过执行机构稳定系统提高机器人的工作稳定性。(3) 机器人应采用激光条扫描等方法自动识别定位初始点。提高直线焊缝的跟踪精度，并采用混合视觉伺服控制对焊缝跟踪进行纠偏，在焊缝位置跟踪的同时，完成对焊缝质量检测。(4) 机器人末端执行机构配备应力传感器、激光传感器、视觉传感器等，能够实时对施工对象进行智能检测和控制结果反馈，并根据工艺要求，对于不同的机器人，分别设计自适应末端执行器位姿调节机构，研究在经典的控制方法的基础上，加入速度控制和自适应力控的方法，实现对末端执行机构的力矩与位置变化的联合控制。协助机器人保持姿态稳定，提高操作安全性。(5) 机器人应有效利用各群体之间的信息共享和相互协作来解决任务分配的优化问题，对于复杂任务，进行多机器人角色分工处理，利用响应阈值模型，增强系统的可伸缩性；利用强化学习中不基于环境变量的Q学习策略，实现机器人的路径探索问题。